Фамилия Рунаев образована от прозвища или имени Рунай. Основа фамилии — слово «рун» или «руна», которое в русских говорах XI–XVII веков имело несколько значений. В первую очередь это «руно», то есть шерсть овцы, состриженная цельным пластом. Отсюда прозвище Рунай могли дать человеку, занятому в овцеводстве или обработке шерсти: стригалю, валяльщику, торговцу шерстью. Другое значение «руна» — вырубка в лесу, подсека, расчищенное место для пашни. В этом случае Рунаем называли крестьянина, живущего на отшибе, на лесной поляне, или того, кто занимался подсечным земледелием.

Суффикс -ев указывает на патронимический тип фамилии: Рунаев — сын Руная. Такая модель характерна для русских фамилий, образованных от прозвищ или нецерковных имён, оканчивающихся на -ай. Фамилия не имеет отношения к древнескандинавским рунам — это исключительно славянская основа, хотя случайное созвучие порой сбивает с толку начинающих исследователей.

Встречается фамилия преимущественно в центральных и северных областях России, особенно в Вологодской, Архангельской и Кировской областях. В этих местах до XIX века было развито овцеводство и подсечное земледелие, что подтверждает связь прозвища с народными промыслами. В архивных записях Рунаевы фигурируют как крестьяне и посадские люди, без указания на дворянское происхождение.

Однокоренные фамилии — Рунов, Рунаевский, Руничев — встречаются реже и образованы от тех же основ, но с другими суффиксами. Вариант Рунаев мог закрепиться в письменных источниках позже, чем более распространённый Рунов, из-за диалектного произношения: в северных говорах окончание -ай сохранялось дольше.